Genetyka ogólnawykład dla studentów II roku biotechnologii

Andrzej Wierzbicki

Uniwersytet WarszawskiWydział Biologii

andw@ibb.waw.plhttp://arete.ibb.waw.pl/private/genetyka/

Genetyka mendlowska - przypomnienie1. Genetyka to nauka o zjawisku dziedziczności.2. Geny mają naturę dyskretną.3. Dziedziczenie odbywa się zgodnie z prawami Mendla.

1. W gametach jest po jednym allelu danego genu.2. Allele różnych genów przechodzą do gamet niezależnie od

siebie.4. Różne zależności fenotypu od genotypu powodują odstępstwa

od rozkładów mendlowskich.AABB aabb

AaBb

AABB AABb AaBB AaBb

AABb AAbb AaBb Aabb

AaBB AaBb aaBB aaBb

AaBb Aabb aaBb aabb

AB Ab aB ab

AB

Ab

aB

ab

gamety ojcowskie

gam

ety

mat

czyn

e

X

F1

F2AA Aa

Aa aa

A aAa

gamety ojcowskie

gam

ety

mat

czyn

e

X

F1

AA aa

Aa

AaBbX

Jak interpretować wyniki krzyżówek

Wykonano dwie niezależne krzyżówki świnek morskich: czarnej i białej. W pierwszej uzyskano 12 czarnych, w drugiej 6 czarnych i 5 białych. Jakie były najprawdopodobniejsze genotypy rodziców?

?? ??x

F1 ?? ?? ?? ??wszystkie czarne

krzyżówka 1

?? ??x

F1 ?? ?? ?? ??6 czarnych

krzyżówka 2

5 białych

Jak interpretować wyniki krzyżówek

Wykonano dwie niezależne krzyżówki świnek morskich: czarnej i białej. W pierwszej uzyskano 12 czarnych, w drugiej 6 czarnych i 5 białych. Jakie były najprawdopodobniejsze genotypy rodziców?

AA aax

F1 Aa Aa Aa Aawszystkie czarne

krzyżówka 1

Aa aax

F1 Aa Aa aa aa6 czarnych

krzyżówka 2

5 białych

A - czarnya - biały

Jak interpretować wyniki krzyżówek

Skrzyżowano czyste linie kukurydzy o żółtych liściach i kukurydzy o krótkich korzeniach. W F1 wszystkie rośliny były normalne. W F2 otrzymano 609 normalnych, 194 o żółtych liściach, 197 o krótkich korzeniach. Jakie zachodzą relacje między genotypem a fenotypem?

A - zielone liściea - żółte liścieB - długie korzenieb - krótkie korzenie

AAbb aaBB

AaBb

AABB AABb AaBB AaBb

AABb AAbb AaBb Aabb

AaBB AaBb aaBB aaBb

AaBb Aabb aaBb aabb

AB Ab aB ab

AB

Ab

aB

ab

X

F1

F2

zielone, długie

żółte, długie

zielone, krótkie

609

194

197

Jak interpretować wyniki krzyżówek

Skrzyżowano czyste linie kukurydzy o żółtych liściach i kukurydzy o krótkich korzeniach. W F1 wszystkie rośliny były normalne. W F2 otrzymano 609 normalnych, 194 o żółtych liściach, 197 o krótkich korzeniach. Jakie zachodzą relacje między genotypem a fenotypem?

A - zielone liściea - żółte liścieB - długie korzenieb - krótkie korzenie

AAbb aaBB

AaBb

AABB AABb AaBB AaBb

AABb AAbb AaBb Aabb

AaBB AaBb aaBB aaBb

AaBb Aabb aaBb aabb

AB Ab aB ab

AB

Ab

aB

ab

X

F1

F2

żółte, krótkie

zielone, długie

żółte, długie

zielone, krótkie

9

3

3

0

Jak interpretować wyniki krzyżówek

Skrzyżowano dwie normalne rośliny kukurydzy. W F1 otrzymano 747 normalnych i 253 o krótkich korzeniach. Jakie były genotypy roślin macierzystych?

A - zielone liściea - żółte liścieB - długie korzenieb - krótkie korzenie

???? ????

?? ?? ?? ??

??

??

??

??

X

F1

zielone, długie

zielone, krótkie

747

253

A - zielone liściea - żółte liścieB - długie korzenieb - krótkie korzenie

AABb A?Bb

AB AB ?b ?b

AB

AB

Ab

Ab

X

F1

zielone, długie

zielone, krótkie

3

1

Jak interpretować wyniki krzyżówek

AABB AABB A?Bb A?Bb

AABB AABB A?Bb A?Bb

AABb AABb A?bb A?bb

AABb AABb A?bb A?bb

Skrzyżowano dwie normalne rośliny kukurydzy. W F1 otrzymano 747 normalnych i 253 o krótkich korzeniach. Jakie były genotypy roślin macierzystych?

Jak interpretować wyniki krzyżówek

Jak sprawdzić, jaki genotyp względem A miały rośliny macierzyste?•AA czy Aa

A?

AA Aa

Jak interpretować wyniki krzyżówek

AA aaX

Aa

Aa aaX

Aa aa

Jak sprawdzić, jaki genotyp względem A miały rośliny macierzyste?•AA czy Aa

krzyżówka testowa

1 : 1

Wykład 2

Gdzie są ulokowane geny?•czy geny są na chromosomach?

•sprzężenie genów

•mapowanie genów

•genetyka człowieka

Pierwsze odkrycie Morgana

X

F1

F2

1 : 1

1 1 2: :

Thomas Hunt Morgan (1866-1945)

Drosophila melanogaster

Mutant o niezwykłym wzorze dziedziczeniaw F2 rozkład niby mendlowski, ale białe oczy mają tylko samce

ChromosomyChromosomy - struktury wewnątrzkomórkowe o szczególnie interesującym zachowaniu

kariotyp człowieka

Mitoza

komórka macierzysta profazaprzygotowanie chromosomów

metafazaułożenie

chromosomów

anafazarozdział chromosomów

telofazaodtworzenie

komórki potomne

Przebieg podziału mitotycznego

MejozaSchematyczny przebieg podziału mejotycznego

pierwszy podział

drugi podział

powielenie chromosomów

ChromosomyChromosomy - struktury wewnątrzkomórkowe o szczególnie interesującym zachowaniu

•podczas podziału komórkowego są powielane

•występują parami

•gamety mają dwa razy mniej chromosomów niż komórki somatyczne

•pary chromosomów rozdzielają się do gamet

•poszczególne chromosomy segregują niezależnie

Chromosomowa teoria dziedziczenia:geny są na chromosomach

Chromosomy determinują płećChromosomy płciowe (X i Y) określają płeć organizmu

samica samiec

XX

X

XY

Y X

komórki somatyczne

gamety

Dowód teorii chromosomowej

X

F1

F2

1 : 1

1 1 2: :

Mutant o niezwykłym wzorze dziedziczenia•w F2 rozkład niby mendlowski, ale białe oczy mają tylko samce - mutacja dziedziczy się tak jak jeden z chromosomów (X)•w krzyżówce wstecznej pojawiają się fenotypy sprzeczne z prawami Mendla i korelują z zaburzeniami chromosomowymi

Xr Y XR XR

XR Y Xr XR

Xr Y XR Y Xr XR XR XR

X

F1

1 : 1

XR Y Xr Xr

Xr Y XR Xr

1/2000 1/2000? XR Y ? ? Xr Xr ?

XR Xr Xr Yfenotypy sprzeczne z prawami Mendla

Dowód teorii chromosomowejDeterminacja płci u Drosophilaprzez liczbę chromosomów X

1 X - samiec (XY, X0, XYY etc.)2 X - samica (XX, XXY, XXYY etc)

Dlaczego ten eksperyment jest przekonujący?

Bardzo rzadkie zaburzenie rozdziału genów koreluje z bardzo rzadkim zaburzeniem rozdziału chromosomów.

Geny są na chromosomach.

Sprzężenie genów

A - fioletowe kwiatya - czerwone kwiatyB - podłużne ziarna pyłkub - okrągłe ziarna pyłku

AABB aabbX

F2

oczekiwane obserwowane

fioletowe, podłużne (A_B_)

9 56% 75%

fioletowe, okrągłe (A_bb)

3 19% 6%

czerwone, podłużne (aaB_)

3 19% 5%

czerwone, okrągłe (aabb)

1 6% 14%

Geny czerwonych kwiatów i okrągłych ziaren pyłku są sprzężone•zaburzenie rozkładu mendlowskiego•nadreprezentacja fenotypów rodzicielskich w F2•nie w pełni losowy rozdział alleli do gamet•sprzeczność z II prawem Mendla

AaBb AaBbXF1

Sprzężenie genów

A - czerwone oczya - fioletowe oczyB - normalne skrzydłab - krótkie skrzydła

Geny fioletowych oczu i krótkich skrzydeł są sprzężone•zaburzenie rozkładu mendlowskiego•nadreprezentacja fenotypów rodzicielskich •nie w pełni losowy rozdział alleli do gamet•sprzeczność z II prawem Mendla

AaBb aabbXkrzyżówka testowa

gamety F1

AaBb

25%47%

Aabb

25%5%

aaBb

25%6%

aaab

25%42%

oczekiwane

obserwowane

AB Ab aBabrekombinantyrodzicielskie

AABB aabbX

Sprzężenie genów

A - czerwone oczya - fioletowe oczyB - normalne skrzydłab - krótkie skrzydła

Sprzężone geny leżą na jednym chromosomie•jest tyle grup sprzężeń co chromosomów

Xkrzyżówka testowa

gamety F1

25%47%

25%5%

25%6%

25%42%

oczekiwane

obserwowane

AB Ab aBabrekombinantyrodzicielskie

A Ba b

a ba b

A BA B

a ba b

X

A Ba b

A ba b

a Ba b

a ba b

A Ba b

A Ba bA ba B

rekombinanty

rodzicielskie

Aa

rekombinanty

rodzicielskieBb

A Ba bA ba B

Crossing overRekombinanty biorą się z wymiany fragmentów chromosomów•w profazie I mejozy chromosomy łącza i wymieniają fragmentami•wymianie fragmentów chromosomów odpowiada wymiana genów

A Ba b

A Ba bA ba B

rekombinanty

rodzicielskie

mikrofotografia rekombinujących chromosomów

Rekombinacja chromosomów to crossing over

Mapowanie genówCzęstość rekombinacji odpowiada odległości genów• im większa odległość tym większe prawdopodobieństwo crossing over A - czerwone oczy

a - fioletowe oczyB - normalne skrzydłab - krótkie skrzydła

Xkrzyżówka testowa

gamety F1

25%47%

25%5%

25%6%

25%42%

oczekiwane

obserwowane

AB Ab aBabrekombinantyrodzicielskie

A Ba b

a ba b

A BA B

a ba b

X

A Ba b

A ba b

a Ba b

a ba b

89% 11%

odległość między genem fioletowych oczu a genem krótkich skrzydeł wynosi 11 cM

A B

11 cM

Mapowanie genówAABB aabb

AaBb

16 % ab/ab

A b a b A B a b

A b

a b

A B

a b

gamety ojcowskiega

met

y m

atcz

yne

X

F1

F2

pozostałe

ab/ab 16%

74%

rekombinanty rodzicielskie10% 10% 40% 40%

10%

10%

40%

40%

W F2 jest 16% ab/ab jaka jest odległość między genami A i B?

Mapowanie genówOdległości genów w obrębie grupy sprzężeń• mapa genetyczna•każdy gen ma swój locus•grupa sprzężenia może być większa niż 50 cM•ustalenie kolejności genów wymaga krzyżówki trójgenowej

krzyżówki dwugenowe

Mapowanie genówKrzyżówka trójgenowa• pozwala ustalić kolejność genów•dokładniejszy wynik mapowania

ABC/ABC abc/abc

ABC/abc abc/abc

abc 1779ABC 1654Abc 252aBC 241abC 131ABc 118AbC 13aBc 9

81,8%

11,8%

5,9%

0,5%

krzyżówka testowa

F1 X

X

A - B = 11,8% + 0,5% = 12,3 cMB - C = 5,9% + 0,5% = 6,4 cMA - C = 11,8% + 5,9% + 0,5% + 0,5%

= 17,7 cM

A B C

12,3 cM 6,4 cM

17,7 cM

rodzicielskie

A - B

B - C

A - B - C

Mapowanie genówJaka będzie częstość występowania poszczególnych klas w potomstwie krzyżówki testowej?

ABC/ABC abc/abc

ABC/abc abc/abc

abc 36%ABC 36%Abc 9%aBC 9%abC 4%ABc 4%AbC 1%aBc 1%

100%-18%-8%-2% = 72%

20% - 2% = 18%

10% - 2% = 8%

20% x 10% = 2%

krzyżówka testowa

F1 X

X

A B C

20 cM 10 cM

Genetyka człowiekaDziedziczenie hemofilii w brytyjskiej rodzinie królewskiej•występuje tylko u chłopców•kobiety są nosicielami•cecha recesywna sprzężona z płcią

h H

h H H h

h Hh H

h Y

h Y

h Ykrólowa Wiktoria

Genetyka człowiekaDaltonizm•nieumiejętność rozróżniania koloru zielonego od czerwonego•cecha recesywna sprzężona z płcią

Genetyka człowiekaDziedziczenie koloru oczu•cecha autosomalna•niebieski kolor - recesywny•ciemny kolor - dominujący

rodowód

Genetyka człowiekaEugenika•mechaniczne zastosowanie praw Mendla do ludzkich cech charakteru•nie bierze pod uwagę większości praw genetyki•najpełniejsza realizacja przez nazistów

rodowód pokazujący zainteresowanie stolarstwem

Podsumowanie

1. Geny są na chromosomach.

2. Geny leżące na jednym chromosomie są sprzężone.

3. Rekombinanty powstają w wyniku crossing over

4. Liczenie rekombinantów pozwala na stworzenie mapy genetycznej

5. Niektóre cechy i choroby człowieka są dziedziczone zgodnie z zasadami genetyki mendlowskiej